專利名稱：提高順序彩色矩陣顯示器的發(fā)光效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高順序彩色(sequential-color)矩陣顯示器的發(fā)光效率的方法。特別地，涉及矩陣顯示器，其中光電閥包括液晶閥，特別是，LCOS(硅基液晶)型閥。
背景技術(shù)：
使用在直接觀看的顯示設(shè)備或在投影顯示設(shè)備中的液晶顯示板(LCD)基于在每個象素處具有有源元件的矩陣方案。使用多種尋址方法，以產(chǎn)生與要在選中象素處顯示的亮度相對應(yīng)的灰度級。最傳統(tǒng)的方法是一種模擬方法，借此將有源元件切換到行掃描周期，以便將視頻信號的模擬值傳送到象素的電容器。在這種情況下，使液晶材料定向在依賴于存儲在象素的電容器中的電壓值的方向上。然后，修改入射光偏振，并通過偏振器對其進行分析，從而創(chuàng)建灰度級。使用這種方法的一個問題來源于依賴于所產(chǎn)生的灰度級的液晶的響應(yīng)時間。因此，當(dāng)采用這種方法來驅(qū)動其中使用紅、綠和藍(lán)色濾光片連續(xù)照亮光電閥，特別是LCOS閥的順序彩色矩陣顯示器的光電閥時，當(dāng)在發(fā)光中一個色彩沒有完全被下個色彩消除時，在中間灰度級間的非常短的響應(yīng)時間引起了圖像中非常差的顏色飽和。
為了彌補這種類型的缺點，在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在美國專利6,239,780中，已經(jīng)提出了使用脈沖寬度調(diào)制或者PWM技術(shù)，來驅(qū)動矩陣顯示器的方法。在這種情況下，將液晶顯示的象素設(shè)定為開/關(guān)模式，“開”模式對應(yīng)于液晶的飽和。通過脈沖寬度給出灰度級。通過這樣的尋址方法，由于現(xiàn)在過渡時間只表示液晶單元的總開放時間的一小部分，所以無論亮度值如何，顯示板的動態(tài)特性都可以得到提高。
當(dāng)將其使用在使用通過顏色紅、綠和藍(lán)連續(xù)照明的單一光電閥，特別是LCOS閥的順序彩色光引擎時，這樣的尋址方法尤為有利。由于使用開/關(guān)模式，這種方法收益于更快的響應(yīng)時間，無論已經(jīng)產(chǎn)生了什么樣的灰度級，這種情況都將是恒定的。
然而，盡管這種方法具有提高液晶響應(yīng)時間，并因此獲得針對視頻內(nèi)容的最適宜的色彩飽和的優(yōu)點，然而，發(fā)光效率與液晶的響應(yīng)時間成比例下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于在順序彩色矩陣顯示器的情況下提高此效率的方法，其中使用脈沖寬度調(diào)制或PWM型的尋址方法來驅(qū)動所述顯示器。
因此，本發(fā)明的主題是一種提高了順序彩色矩陣顯示器的發(fā)光效率的方法，使用脈沖寬度調(diào)制或PWM類型的尋址方法驅(qū)動所述顯示器，其特征在于針對子幀的每個象素，所述方法包括以下步驟將所述子幀的象素色彩值與參考值相比較，從而根據(jù)與當(dāng)前子幀的重疊周期，提供重疊值；如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減去重疊值為正值，則將時間偏移與當(dāng)前子幀的象素色彩值相加；如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減去重疊值為負(fù)值，則將當(dāng)前子幀的象素色彩值強制置零。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減去重疊值為負(fù)值，則修改前一子幀的象素色彩值和下一子幀的色彩值，從而在減小亮度的同時，保持原始的色調(diào)。
根據(jù)本發(fā)明，上述步驟連續(xù)應(yīng)用于幀的每個順序顏色。此外，子幀的象素色彩值依賴于PWM型尋址脈沖的寬度。參考值依賴于構(gòu)成顯示器的材料的響應(yīng)時間，以及時間偏移依賴于構(gòu)成顯示器的材料的響應(yīng)時間和子幀的持續(xù)時間。


通過閱讀以下參照附圖而給出的對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清晰，其中圖1是可以應(yīng)用本發(fā)明的、使用脈沖寬度調(diào)制或PWM型的尋址方法來驅(qū)動的矩陣顯示器的圖示；圖2a到2e示出了用于驅(qū)動圖1所示的顯示器的多種信號；圖3a到3c示出了在使用PWM型尋址方法驅(qū)動顯示器的情況下，亮度值的曲線，借此飽和得以保留；圖4a到4c是類似于圖3a到3c的附圖，其中將優(yōu)先權(quán)賦予亮度，而不是顏色飽和度；圖5a到5c是等同于圖3a到3c和4a到4c的附圖，給出了根據(jù)本發(fā)明的方法所獲得的亮度；圖6是用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法的電路的方框圖；圖7是示出了應(yīng)用于三種顏色紅、藍(lán)和綠的如圖6所示電路的方框圖；圖8是作為時間的函數(shù)給出了亮度的圖，能夠?qū)Ρ景l(fā)明中所應(yīng)用的原理進行解釋；以及圖9和10是解釋應(yīng)用在本發(fā)明中的校正 的亮度曲線。
具體實施例方式
為了簡化附圖中的描述，相同或相似的元件使用相同的參考數(shù)字表示。
參照圖1，我們將首先描述可以應(yīng)用本發(fā)明的矩陣顯示器的實施例。該矩陣顯示器包括光電閥，更具體地，是LCOS型顯示板。圖1非常示意性地示出了顯示板的圖像元素或者象素1。在所示實施例中，以連接在背電極CE和用于執(zhí)行脈沖寬度調(diào)制或PWM型的尋址方法的電壓-時間轉(zhuǎn)換器2的輸出之間的電容器Cpixel來表示此象素1。
如圖所示，電壓-時間轉(zhuǎn)換器2包括運算放大器20，其負(fù)輸入接收坡形信號(ramp-shaped signal)，標(biāo)記為Ramp，并且其他輸入接收與電容器21上的電荷相對應(yīng)的正電壓。電容器21上的電荷由開關(guān)系統(tǒng)控制，更具體地，安裝在電容器的一個電極和電壓-時間轉(zhuǎn)換器的輸入之間的晶體管22。該開關(guān)設(shè)備包括晶體管，其柵極接收脈沖，標(biāo)記為Dxfer。
如圖1所示，將圖像元素或象素1通過如晶體管3等開關(guān)電路連接到矩陣的行N和列M。更具體地，將晶體管3的柵極連接到矩陣的行N上，其本身與行驅(qū)動器4相連。此外，將晶體管的一個電極，例如源極，連接到電壓-時間轉(zhuǎn)換器2的輸入上，同時，將另一個電極或漏極連接到矩陣的一個列M上，此列與接收將要顯示的視頻信號的列驅(qū)動器5相連。此外，與象素電容器并聯(lián)地安裝電容器Cs，作為對電壓-時間轉(zhuǎn)換器的輸入，以便在選定所述象素時，存儲視頻信號值。列驅(qū)動器5和行驅(qū)動器4是傳統(tǒng)的電路。列驅(qū)動器5接收將要顯示的視頻信號，“視頻輸入”，并由時鐘信號Cclk和啟動脈沖Hstart控制。行驅(qū)動器4允許對行進行順序?qū)ぶ罚⒔邮諘r鐘信號Rclk和啟動脈沖Vstart。
將參照圖2a到2e，對在將其使用在順序彩色顯示器時，即，當(dāng)在幀T期間，攜帶三種顏色，綠、藍(lán)和紅，色彩濾光器的輪(wheel)進行一個完整的循環(huán)，從而順序照亮閥時的顯示板的操作的模式進行解釋。
如圖2所示，在每一個子幀T/3的開始，將脈沖I施加于行N，從而導(dǎo)通開關(guān)晶體管3。當(dāng)導(dǎo)通開關(guān)晶體管3時，電容器Cs充電到與列M上的視頻信號相對應(yīng)的電壓。也就是說，如果在第一子幀T/3中，綠色濾光器與顯示器相對，則電容器Cs充電到圖2b中標(biāo)為Vgreen的值。在下一幀中，即，在時間T/3，將新脈沖I施加于行N，允許電容器Cs充電到與在那一時刻與顯示器相對的色彩藍(lán)色相對應(yīng)的標(biāo)為Vblue的電壓。同樣地，在2T/3時間，將新脈沖I施加于行N，并且電容器Cs充電到圖2b中標(biāo)為Vred的電壓。以使用PWM尋址方法驅(qū)動的如圖1所示的顯示器，將連續(xù)存儲在電容器Cs中的值Vgreen、Vblue和Vred，通過按以下方法操作的電壓-時間轉(zhuǎn)換器2，施加于電容Cpixel。
將脈沖I’在子幀中施加于開關(guān)晶體管22的柵極Dxfer，從而使其導(dǎo)通。在這樣的情況下，將存儲在電容器Cs上的電壓轉(zhuǎn)移到并聯(lián)安裝并與運算放大器20的輸入端之一相連的電容器21上。如圖2d所示，在將脈沖I’施加于柵極Dxfer的最后，將ramp r施加于運算放大器20的負(fù)輸入。這樣，如圖2d和2e所示，獲得電壓Vpixel，作為來自運算放大器20的輸出，電壓Vpixel的持續(xù)時間與存儲在電容21上的電壓Vgreen相對應(yīng)。同樣應(yīng)用于，在將圖1中的顯示器用于順序彩色顯示器的情況下，與藍(lán)色和紅色濾光器的通過相對應(yīng)的子幀的情況。
現(xiàn)在，將參照圖3a到3c、4a到4c和5a到5c，對本發(fā)明的方法所尋求解決的問題進行解釋，特別地，將應(yīng)用于參照圖1所描述的矩陣顯示器。
圖3a到3c示出了，當(dāng)期望具有飽和的顏色時，所獲的亮度值。在這種情況下，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，發(fā)光效率的損失是由于在LCOS閥的情況下，液晶需要較長的上升和下降時間，即幾個毫秒的事實。因此，在示出了對具有100％飽和的紅色象素進行尋址的圖3a中，在整個子幀持續(xù)時間中，標(biāo)為Red的子幀接收100％亮度信號R1，而標(biāo)為Blue和Green的子幀未接收信號。不存在顏色間的重疊并且保持顏色飽和。圖3b示出了淺紅色象素的尋址。在這種情況下，由脈沖R1在整個子幀的持續(xù)時間期間對子幀Red進行尋址，而子幀Blue和Green通過脈沖R2和R3，被短時間尋址。同樣在這種情況下，為了保持色彩的飽和，不存在一個子幀與另一個子幀的色彩的重疊。圖3c示出了白色象素的尋址。在這種情況下，在每個子幀的整個周期中，相同的脈沖R1、R2和R3對每個子幀，即紅、藍(lán)、綠進行尋址。因為脈沖的上升和下降時間，觀察到由每個脈沖之間的黑線所表示的發(fā)光效率的損失。
圖4a、4b和4c是與圖3a、3b和3c相同的圖，但是，將優(yōu)先權(quán)賦予亮度，而不是色彩飽和的情況。因此，在尋址100％飽和的紅色象素的情況下，如圖4a所示，在Red子幀在大于時間T/3的周期t1上，施加脈沖R1，從而脈沖下降時間與子幀Blue相重疊。這樣，一些藍(lán)色光通過紅色，產(chǎn)生粉色象素。圖4b示出了淺紅色象素產(chǎn)生的情況，相同地，脈沖下降時間開始于子幀末端并與Blue子幀重疊，由100％飽和的脈沖Rl對Red子幀進行尋址。由30％藍(lán)脈沖R2對Blue子幀進行尋址，以及由30％綠脈沖R3對Green子幀進行尋址。如圖4b中的實線和虛線所示，由于綠脈沖不具有相同開始點，必須加上時間偏移t2，以便彌補液晶的上升時間。
圖4c示出了對白色象素的尋址。在這種情況下，在紅、藍(lán)和綠子幀的情況下，獲得了完美的白色，如單個脈沖R所示。
將參照圖5a、5b和5c，對根據(jù)本發(fā)明所使用的方法而獲得的提高了發(fā)光效率的結(jié)果進行描述。
在這種情況下，針對子幀的每個象素，所使用的方法包括將前一子幀的象素顏色值與參考值比較，從而得到依賴于與當(dāng)前子幀重疊的周期的重疊值，然后，如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為正值，則將時間偏移加入當(dāng)前子幀的象素色彩值，如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為負(fù)值，將當(dāng)前子幀的象素色彩值強制歸零。
示出了這個方法的結(jié)果，例如，在圖5a中，在子幀Red期間，施加了100％亮度信號R1，并且虛線部分R’示出了當(dāng)尋址Red子幀時，保持了色彩飽和度，同時，稍微減弱了亮度，其總量等于陰影部分所表示的重疊時間。
根據(jù)本方法的變體，如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為負(fù)值，則修改前一子幀的象素色彩值和下一子幀的象素色彩值，從而在減小亮度的同時，保持原始色調(diào)。例如，在給出了尋址淺紅色象素的例子的圖5b中示出了這種情況。在這種情況下，與圖4b的情況相同，由與由脈沖R2尋址的Blue子幀相重疊的脈沖R1對Red子幀進行尋址，而Green子幀由脈沖R3進行尋址。根據(jù)此方法，淺顏色保持其原有的亮度級。
圖5c所示的是尋址完全白色象素或所示具有60％或90％灰度級的示例。在這種情況下，用于Red、Blue和Green子幀的脈沖是相同的，并具有相同的持續(xù)時間，持續(xù)時間根據(jù)所期望的灰度級變化。
將參照圖6、7和8，對允許應(yīng)用上述方法的電子電路的實現(xiàn)的示例進行描述。
如圖6特別所示，其示出了電路100將本發(fā)明用于紅色，將前一色彩值，即值R2，發(fā)送到標(biāo)為LUT1 101的查找表，其輸出與Blue子幀的重疊周期成正比的重疊數(shù)據(jù)。將該數(shù)據(jù)發(fā)送到從當(dāng)前藍(lán)色色彩值B1中減去重疊值的電路102的輸入。從電路102中獲得B-重疊值作為輸出。將這個值作為輸入發(fā)送到其比較器103，更具體地，發(fā)送到比較器103+接線端，而其-接線端接地。將來自比較器103的輸出發(fā)送到兩個開關(guān)電路105、106、107中，作為開關(guān)105、106和107的觸發(fā)值。此外，開關(guān)105的輸入之一接收前一個色彩值R2，其也被發(fā)送到將在下面進行描述的執(zhí)行校正功能的電路104。電路104也接收B-重疊值。
將來自校正電路104的輸出發(fā)送到開關(guān)電路105的另一輸入端，其作為輸出給出了針對紅色輸出值的值ROUT。還將前一個色彩值R2發(fā)送到第二查找表LUT2 102，其作為輸出，給出了標(biāo)為Offset的偏移值。將這個偏移值Offset發(fā)送到加法器108的一個輸入端上，其另一接線端接收藍(lán)色色彩值B1，從而作為輸出，給出了被發(fā)送到開關(guān)電路106的輸入之一的B+Offset色彩值，開關(guān)電路106的另一輸入接地。作為來自開關(guān)電路106的輸出，獲得標(biāo)為B2的藍(lán)色色彩值。
此外，將綠色色彩信號GIN發(fā)送到執(zhí)行校正功能的、接收信號B-重疊作為輸入的電路109。將來自校正電路109的輸出發(fā)送到開關(guān)電路107的輸入之一，而開關(guān)電路107的另一輸入接收色彩值GIN。開關(guān)電路107由來自比較器103的信號控制，并給出色彩信號G1，作為輸出。
圖7示出了與圖6中的電路相同的三個電路100、200和300，能夠針對色彩紅色FR、藍(lán)色FB和綠色FG，連續(xù)執(zhí)行上述方法。如圖7所示，將來自電路100的輸出B2和輸出G1發(fā)送到電路200中，并將紅色色彩值RIN作為輸入發(fā)送到電路200中。電路200能夠獲得藍(lán)色色彩值BOUT。這同樣應(yīng)用于電路300的情況，其接收綠色色彩值G2和由電路200輸出的紅色色彩值R1以及藍(lán)色色彩值BIN作為輸入，并且作為輸出，給出綠色色彩值GOUT，并且，在紅色色彩值ROUT的情況下，反饋到電路100中的紅色色彩值R2和藍(lán)色色彩值B1執(zhí)行改進功能。
下面將解釋圖6和圖7中的電路操作。因此，將紅色色彩值R2發(fā)送到包括依賴于構(gòu)成顯示的材料的響應(yīng)時間的參考值在內(nèi)的表格LUT1 100中，該表格的內(nèi)容將在下面進行解釋。
從藍(lán)色色彩值B1中減去重疊值，從而得到B-重疊。如果該值大于零，則開關(guān)元件105輸出色彩值R2到ROUT上，并且將B+Offset值與藍(lán)色信道B2相加，如圖6所示地定位開關(guān)106。作為輸出的綠色值G1也等于輸入值GIN，如圖6所示地定位開關(guān)107。如果B-重疊值小于零，開關(guān)106切換到接地的輸入，并且將藍(lán)色值B2設(shè)置為零。在這種情況下，開關(guān)105和107分別切換到其與校正功能電路104和109相連的輸入上，并且將輸出ROUT和G1的值減少在減小亮度的同時保持原始色調(diào)值的量。
如以下所要描述的那樣，校正功能包括基于減小紅色和綠色值的倍增器的單元，在圖6的情況下，依賴于B-Overlap值。
在圖6所示的實施例中，從兩個表格LUT1 101和LUT2 102中獲得重疊數(shù)據(jù)和偏移數(shù)據(jù)。然而，例如，可以通過求解以下的兩個未知的等式的系統(tǒng)，來相互計算這些數(shù)據(jù)Soverlap％＝f(tvideo)Soffset％＝g(tvideo)＝> Soffset％＝g(f-1(Soverlap％))。
如下所述，Overlap和Offset值依賴于液晶材料的響應(yīng)時間和子幀的持續(xù)時間。
參照圖8，將解釋包含在表格LUT1 101中的值。圖8特別采用了具有線形上升和下降時間的液晶LC的示例，從而簡化證明。
標(biāo)號Soffset對應(yīng)于在標(biāo)為Blue的藍(lán)色子幀中，由液晶的上升時間和下落時間特性所引起的亮度缺乏。為了校正這個問題，必需向藍(lán)色值添加時間偏移。這個偏移表示為toffset.
Soffset對應(yīng)于綠色值和藍(lán)色值的混合。下面所述的兩種情況可能出現(xiàn)象素色彩不飽和。在這種情況下，即不修改藍(lán)色，也不修改綠色；象素色彩必須飽和。這種情況下，必須將藍(lán)色減小與Soffset＝綠色值相對應(yīng)的值。
因此，必須將另外兩種顏色值較小相同值，從而獲得恒定的色調(diào)。這是圖6中校正功能的作用。如果將Soverlap和Soffset作為前一幀的視頻信號的函數(shù)來計算，則Tvideo、上升時間和下降時間、Tr和Tf以及子幀周期T，計算如下Soverlap=12(tvideo+Tf-T)2·LmaxTf]]>如果tvideo+Tf≥T 將Soverlap和Soffset載入表LUT1 101和LUT1 102中。如果以N比特對視頻信號進行編碼，則百分值必須乘以2N-1。
將參照圖9和10，對可以在圖6的電路104和109中所實現(xiàn)的執(zhí)行校正功能的方法進行描述。圖9的上半部分示出了具有等于一幀的持續(xù)周期的第一脈沖RV，在下一幀中的第二、非常短的脈沖BV和持續(xù)時間小于第三子幀持續(xù)時間的第三脈沖GV的理論視頻信號。在這種情況下，依據(jù)亮度和圖9所示的B部分，在所示實施例中，存在來自于第一子幀，即Red子幀和第二或Blue子幀的重疊值。由于藍(lán)色色彩值非常低，觀察到不允許保持色調(diào)的誤差。這由穿過Red亮度脈沖的下降邊緣的虛線T表示。同樣這也適用于色彩綠。在這種情況下，必須激活校正功能，從而保持色調(diào)。該校正功能以重疊值等于色彩藍(lán)所希望的值的方法減少前一色彩的值(即，所述實施例中紅色)。在圖10中示出了該校正功能，其中可以發(fā)現(xiàn)虛線T幾乎等于零。這個校正功能可以與加法器和加倍器一起使用，依賴于下面假定數(shù)據(jù)在8比特上被編碼的轉(zhuǎn)換。
當(dāng)B-重疊＜0時


可以在其他顏色中應(yīng)用相同功能。
顯然，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，上述示例僅作為說明。
權(quán)利要求
1.一種提高順序彩色矩陣顯示器的發(fā)光效率的方法，使用脈沖寬度調(diào)制或PWM型尋址方法驅(qū)動所述顯示器，針對子幀的每個象素，所述方法包括以下步驟比較前一子幀的象素色彩值和參考值，從而根據(jù)與當(dāng)前子幀的重疊周期，提供重疊值；如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為正值，則將時間偏移與當(dāng)前子幀的象素色彩值相加；如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為負(fù)值，則將當(dāng)前子幀的象素色彩值強制置零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為負(fù)值，則修改前一子幀的象素色彩值和下一子幀的色彩值，從而當(dāng)減小亮度的同時，保持原始的色調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于以上步驟連續(xù)應(yīng)用于幀的每一個順序顏色。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其特征在于子幀的象素色彩值依賴于PWM型尋址脈沖的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的方法，其特征在于參考值依賴于構(gòu)成顯示器的材料的響應(yīng)時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的方法，其特征在于時間偏移依賴于構(gòu)成顯示器的材料的響應(yīng)時間和子幀的持續(xù)時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于參考值和時間偏移分別存儲在兩個分立的表格中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于參考值和時間偏移值相互計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高順序彩色矩陣顯示器的發(fā)光效率的方法，使用脈沖寬度調(diào)制或PWM型尋址方法驅(qū)動該顯示器。針對子幀的每個象素，本方法包括以下步驟比較前一子幀的象素色彩值和參考值，從而根據(jù)與當(dāng)前子幀的重疊周期，提供重疊值；如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為正值，則將時間偏移與當(dāng)前子幀的象素色彩值相加；如果當(dāng)前子幀的象素色彩值減重疊值為負(fù)值，則將當(dāng)前子幀的象素色彩值強制置零。本發(fā)明應(yīng)用于LCOS或LCD顯示器。
文檔編號G09G3/36GK1596431SQ02823608
公開日2005年3月16日 申請日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者蒂埃里·博雷爾, 迪迪?！ざ磐邠P 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司